Принцип и диагностические возможности ультразвукового исследования

В современных условиях все большее значение приобретает ультразвуковая диагностика. В данном случае не используется ионизирующее облучение, и устраняется возможность возникновения биологических эффектов, присущих ионизирующему излучению.

Получение ультразвуковых изображений внутренних органов (структур) биологических объектов основана на применении звукового поля, формируемого в средах, обладающих упругостью (жидкость, твердое тело). Для исследования биологических объектов используются продольные акустические волны ультразвукового диапазона частот (1-15 МГц), при распространении которых направления колебаний частиц среды и движение волны совпадают. Продольные ультразвуковые волны в средах распространения характеризуются вектором скорости, коэффициентом затухания и коэффициентом отражения волн от границ сред, обладающих различным акустическим сопротивлением – импедансом. Все эти характеристики в зависимости от способа их регистрации могут быть использованы для формирования теневых, эхолокационных и других видов ультразвуковых изображений. Основой диагностического применения ультразвука служит феномен отражения ультразвуковой энергии на границе сред (тканей) с различным акустическим сопротивлением.

Распространение и отражение ультразвука – два основных принципа, на которых основано действие всей диагностической ультразвуковой аппаратуры.

Основой генерирования и регистрации ультразвуковых колебаний является прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Для получения ультразвуковых колебаний используют обратный пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при создании электрических зарядов на поверхности граней кристалла последний начинает сжиматься и растягиваться. Возникают колебания, частота которых зависит от частоты смены знака потенциала на гранях кристалла. Большим преимуществом пьезоэлектрических преобразователей является то, что источник ультразвука может служить одновременно и его приемником. При этом в действие вступает прямой пьезоэлектрический эффект, когда при деформации пъезокристалла воспринимаемым ультразвуковым сигналом на его гранях образуются разноименные электрические потенциалы, которые могут быть зарегистрированы. Для получения ультразвуковых колебаний чаще всего используется кристалл титаната циркония.

Частота ультразвукового сигнала при отражении его от движущегося объекта изменяется пропорционально скорости движения лоцируемого объекта вдоль оси распространения сигнала – это явление называется эффектом Допплера. При движении объекта в сторону датчика, генерирующего ультразвуковые импульсы, частота отраженного сигнала увеличивается, и, наоборот, при отражении сигнала от удаляющегося объекта частота отраженного сигнала уменьшается. Измеряя частоту отраженного сигнала и зная частоту посланного сигнала, можно по сдвигу частоты (D¦) определить скорость движения исследуемого объекта в направлении, параллельном ходу ультразвукового луча. При движении объекта под углом по отношению к лучу для определения скорости вносится соответствующая поправка на величину угла.

Ультразвуковые изображения несут информацию о незначительных изменениях параметров сред (порядка 1-2%) и позволяют визуализировать структурно-топографические взаимоотношения внутренних органов и мягких тканей. Сильное отражение ультразвуковых колебаний (почти 100%) от границ раздела мягкая ткань – воздух или мягкая ткань - кость ограничивает применение ультразвуковых исследований (УЗИ) для исследования легких, желудочно-кишечного тракта, головного мозга. Амплитуда эхосигналов несет информацию о процессах поглощения рассеяния и обратного отражения ультразвуковых зондирующих импульсов в исследуемой среде. Путем измерения этих величин, являющихся параметрами эхоизображения, могут быть определены:

1. Глубина залегания неоднородности.

2. Направление на нее.

3. Линейные размеры и расстояния между несколькими неоднородностями.

4. При соответствующем конструктивном обеспечении возможны измерения, связанные с перемещением отдельных структур объектов относительно направления ультразвукового зондирования.

Простейшим видом отображения информации в ультразвуковой эхоскопии является продольная А-эхограмма, получаемая зондированием среды при неизменном направлении ультразвукового луча. В этом случае эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. При неизменном направлении ультразвукового луча может быть получен еще один тип эхоизображения – М-эхограмма, характеризующая перемещение лоцируемых структур во времени. Такой тип эхограммы может быть сформирован при многократном ультразвуковом зондировании подвижной среды. Данный тип эхоизображения позволяет фиксировать изменения во времени глубины залегания биологических структур, находящихся на трассе распространения ультразвука вдоль луча при их движении и получил широкое распространение при движении структур сердца.

Ценность метода резко повышается при применении двухмерного ультразвукового В-сканирования. Такие эхограммы называются еще эхотомограммами и характеризуются двумерным распределением амплитуды эхосигналов. Принцип ультразвукового сканирования заключается в перемещении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения ультразвукового луча. Отраженные импульсы регистрируются на экране в виде светящихся точек. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отраженные импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа.

Получить дополнительную информацию о деталях обследуемой структуры позволяет сложное ультразвуковое сканирование, что достигается приданием датчику двух родов движения: основного и дополнительного. Например, линейное движение датчика может сопровождаться покачиванием его на определенный угол вокруг своей оси (секторальное сканирование).

Допплеровские режимы позволяют регистрировать основные параметры кровотока (скорость, направление и ламинарность). Регистрация результатов допплерографии представляет собой развертку скорости потока крови во времени. Кровоток, направленный от датчика, регистрируется ниже изолинии, а направленный в сторону датчика – выше нее.

Постоянный допплеровский режим – отображает временной график изменения скорости кровотока на всем протяжении ультразвукового пучка. Широко используется для исследования кровотока в периферических сосудах.

Импульсный допплеровский режим – отображает временной график изменения скорости кровотока в заданном контрольном объеме.

Цветовой допплеровский режим – одновременно регистрирует кровоток в 64-256 контрольных объемах с последующей цветовой кодировкой основных параметров (направление – цвет, скорость – интенсивность цвета, ламинарность – однородность цвета). В отличие от предыдущих допплеровских режимов цветовой режим позволяет дать только качественную оценку нормальных и патологических потоков крови в выбранном сечении.

Энергетический допплеровский режим основан на принципе цветового режима, для повышения чувствительности которого к низкоскоростным потокам используется доплеровский сигнал высокой мощности. Энергетический режим позволяет регистрировать низкоскоростные структуры без дифференциации их скорости, направления и ламинарности потока.

В современных ультразвуковых сканерах возможны комбинации двух и более режимов одновременно.

Ультразвуковые контрастные средства. Ультразвуковые контрастные средства могут быть представлены как эхогенные субстанции, которые вводятся в сосуд или орган для того, чтобы повысить его эхогенность, т.е. способность отражать ультразвуковую энергию. Такие средства могут вводиться внутривенно. Ультразвуковые средства должны обладать низкой токсичностью и способностью к быстрому выделению. Наиболее известные ультразвуковые контрастные средства:

1. Микропузырьки газа в оболочке из альбумина («Альбунекс»).

2. Микропузырьки газа, внедренные в галактозу («Эховист») или заключенные в галактозу и жирные кислоты («Левовист»).

3. фторуглеродные соединения, при температуре тела человека из жидкой формы переходят в газообразную, образуя микропузырьки газа («Эхоген»).

В то время как «Эховист» захватывается легкими и используется только для исследования сердца и магистральных вен, некоторые другие ультразвуковые контрастные средства проходят через капилляры легких и другие капилляры и могут поэтому применяться для визуализации большего числа органов.

Полезность ультразвуковых контрастных средств состоит в том, что они могут улучшать контрастное разрешение между нормальной и пораженной тканью, помогают выявлять опухоли и сосуды в них. Прочие возможные преимущества состоят в улучшении визуализации стенозов сосудов, например, увеличении способности выявлять зоны инфаркта и ишемии.

При интерпретации сонограмм важным показателем является эхогенность. Плотные структуры (конкременты) полностью отражают ультразвуковые волны, поэтому они эхопозитивны (гиперэхогенны). Жидкость однородна и свободно пропускает ультразвуковые волны, поэтому она эхонегативна.

Рис. 1.6 Эхограмма двумерная печени и желчного пузыря. На фоне анэхогенной желчи виден гиперэхогенный камень в желчном пузыре.

Тестовым органом, имеющим среднюю эхогенность, является нормальная печень.

Ультразвуковые методы позволили более точно решать вопросы диагностики значительного числа заболеваний сердечно-сосудистой, пищеварительной, мочеполовой систем. С помощью этих методов получают ценные сведения в акушерстве и гинекологии, онкологии, неврологии и нейрохирургии, офтальмологии.

Вредность. Огромное достоинство УЗИ – отсутствие повреждений тканей при используемых в диагностике мощностях УЗ-энергии и тем самым отсутствие противопоказаний к его применению. Это особенно важно в детском возрасте и у беременных женщин. Однако не следует считать УЗИ абсолютно безопасным. УЗ-воздействие не вызывает ионизации в тканях, но может при определенных условиях повреждать их. К тепловому действию ультразвука наиболее чувствительны быстро делящиеся клетки. Поэтому вводятся ограничения для допплерографических исследований плода в I и III триместрах беременности (при этой технике УЗИ больше энергетическое воздействие на ткани). Рекомендуется воздерживаться также от УЗИ плода без медицинских показаний.